防盗门密码锁~课程设计.doc

1、课程设计说明书 第 I 页防盗门密码锁设计摘 要随着社会物质财富的日益增长，安全防盗已成为全社会问题。人们对锁的要求越来越高，既要安全可靠地防盗，又要使用方便。弹子锁由于结构上的局限已难以满足当前社会管理和防盗要求，特别是在人员经常变动的公共场所，如办公室、宾馆等地方。电子密码锁由于其自身的优势，在维护国家与人民的财产方面有重要的价值，也同样用于防盗门，其用途越来越受到人们的青睐。本课题是利用两块十进制计数器 CD4017、单向晶闸管、N555、喇叭。在电路中设置了报警延时电路，在既定的时间内必须给出正确的密码，否则电路就自动的发出具有震慑的话语。如果密码错误一样会提前报警，起到了保护防盗的作

2、用。关键词：防盗，密码锁，CD4017，单向晶闸管，N555、喇叭课程设计说明书 第 II 页目 录1 绪论 11.1 课题描述 12 基本工作原理及框图 .13 相关元器件及其电路应用 23.1 晶闸管 .23.1.1 晶闸管的结构及功能特性 23.1.2 晶闸管的伏安特性 .33.2 N555 集成电路 .43.2.1N555 的功能特性 .4555 定时器的功能表 .53.2.2N555 的主要性能参数 .53.2.3N555 各引脚介绍 .53.3 CD4017 计数器 .73.3 .1 CD4017 的 引 脚 .73.3.2 CD4017 的功能特性 .9总 结 11致 谢 12参

3、考文献 .13课程设计说明书 第 1 页1 绪论1.1 课题描述 随着电子技术，特别是随大规模集成电路技术的飞速发展，人类生活发生了根本性的改变。目前在各学科交叉中，电子科学以其工具性、辅助性与别的学科的交叉应用最为广泛了，如今人民群众都渐渐的踏上了富裕之路了，财产安全问题也显得愈来愈重要了，普通的机械锁具根本阻挡不住罪恶的脚步，而且其使用也不便于某些场合了。在这种情况下，以电子技术为基础的电子锁应运而生了，电子锁具有安全性能高，信息隐蔽等点。本课题所设计的防盗门电子锁就是利用集成的电路来达到锁的功能 2 基本工作原理及框图防盗门密码锁电路是由两块十进制计数器 CD4017 组成密码控制电路，

4、由单向晶闸管及报警专用语言号筒式喇叭等组成开锁延时报警电路。开门时，应先闭合开关 S1，接通电源，此时报警延时电路得电，开始延时计时。与此同时 IC1 也得电复位，按动开关 S2，每按动一次相当于给 IC1 输入一个计数脉冲，其输出端 Q0Q9 就会依次出现高电平，在按动开关 S2 三次时，Q3 输出端为高电平，于是，IC2 得电且复位清零，IC2 的 Q0 输出端为高电平。再按动 S2 两次时，IC2 的Q2 端为高电平，该高电平使 VT1 导通，继电器 K1 得电工作，其触点 K1-1 闭合，电控锁得电打开。此时，关断 S1 切断电源完成一次开锁过程。图 1.1 基本工作原理框图课程设计说

5、明书 第 2 页3 相关元器件及其电路应用3.1 晶闸管晶闸管是一种可控的开关器件，将成可控硅，其类别有单向晶闸管、双向晶闸管、逆向晶闸管、可关断晶闸管、快速晶闸管、光控光控晶闸管等多个类型。但我们通常未加说明情况下所说的晶闸管就是指单向晶闸管。其应用最为广泛。晶闸管是一种大功率的半导体器件，其体积小重量轻、容量大、效率好、使用维护简单、控制灵敏等优点。同时，=它的功率放大倍数很高，可以用微小的信号对大功率进行控制和变换。在脉冲数字电路中可作为功率开关使用。值得一提的是：晶闸管的过载能力和抗干扰能力较差，控制电路比较复杂。3.1.1 晶闸管的结构及功能特性晶闸管的外观课程设计说明书 第 3 页

6、晶闸管的内部结构 电路符号它有三个电极：阳极（T2） 、阴极（T1） 、和控制极（G） ，控制极又称门极或栅极，从图上我们可以看出他是一种 PNPN 四层半导体器件，有三个 PN 结。如果晶闸管导通那么即使是撤出加在控制极的信号，他还是一样的导通的，如果需要他断路就施加一个反向电压强行关断！晶闸管广泛的用于可控整流、交流调压、逆变器和开关电源电路中。3.1.2 晶闸管的伏安特性晶闸管的伏安特性图图上清楚的表示了阳极和阴极的电压和它的阳极电流之间的关系。图上从 O 到A 的电流很小就是在未加控制极信号时候的不导通状态，此时的管子是一种很大的阻值的，从 B 到 C 的线很陡是因为在正向电压增大到某

7、个值时，管子本身的压降 1V 是不会变的，这样就有了以前 OA 小电流就突然陡直成 BC 段了。但一旦有了控制极的信课程设计说明书 第 4 页号后，电流会迅速减小。 3.1.3 晶闸管导通工作特性BC 段曲线说明晶闸管的导通工作特性。管子导通后内阻很小，管压降很低的，这样外加电压全部加在了外电路的负载上了，而且负载电流很大，如果阳极电压减小导致电流减小，这就是向正想阻断状态转化。3.1.4 晶闸管反向阻断特性从图上可以清楚的知道 OE 段是负电流状态。即给晶闸管的阳极和阴极之间加了反向电压，这个反向电压不能太大了，大的太多了会烧坏晶闸管的，使其丧失工作能力。3.2 N555 集成电路N555

8、是 美 国 Signetics 公 司 1972 年 研 制 的 用 于 取 代 机 械 式 定 时 器 的 中 规 模 集成 电 路 ， 因 输 入 端 设 计 有 三 个 5k 的 电 阻 而 得 名 。 555 定 时 器 成 本 低 ， 性 能 可 靠 ，只 需 要 外 接 几 个 电 阻 、 电 容 ， 就 可 以 实 现 多 谐 振 荡 器 （ 本 课 题 就 是 利 用 此 电 路 ） 、单 稳 态 触 发 器 及 施 密 特 触 发 器 等 脉 冲 产 生 与 变 换 电 路 。 它 内 部 包 括 两 个 电 压 比 较 器 ，三 个 等 值 串 联 电 阻 ， 一 个 RS

9、 触 发 器 ， 一 个 放 电 管 T 及 功 率 输 出 级 。 它 提 供 两 个 基 准 电 压VCC /3 和 2VCC /3。555 集 成 定 时 器 的 电 路 结 构 图3.2.1 N555 的功能特性课程设计说明书 第 5 页三个阻值均为 5K 欧德电阻串联起来构成分压器，给比较器 C1 和 C2 提供了参考电压，如果在电压的控制端 CO 另加控制电压则可以改变 C1、C2 的参考电压。两 个 比 较器 的 输 出 电 压 控 制 RS 触 发 器 和 放 电 管 的 状 态 。 在 电 源 与 地 之 间 加 上 电 压 ， 当 5 脚 悬 空 时 ， 则 电 压 比 较

10、 器 C1 的 同 相 输 入 端 的 电 压 为 2VCC /3， C2 的 反 相 输入 端 的 电 压 为 VCC /3。 若 触 发 输 入 端 TR 的 电 压 小 于 VCC /3， 则 比 较 器 C2 的 输 出 为 0， 可 使 RS 触 发 器 置 1， 使 输 出 端 OUT=1。 如 果 阈 值 输 入 端 TH 的 电 压 大 于 2VCC/3， 同 时 TR 端 的 电 压 大 于 VCC /3， 则 C1 的 输 出 为 0， C2 的 输 出 为 1， 可 将 RS 触 发 器 置 0， 使 输 出 为 0 电 平 。555 定时器的功能表3.2.2 N555

11、的主要性能参数N555 的主要性能参数如下：供 应 电 压 4.5-18V 供 应 电 3-6 mA 输 出 电 225mA (max) 上 升 /下 时 间 100 ns3.2.3 N555 各引脚介绍N555 引脚介绍如下： 1 引脚：(接地) -地线(或共同接地) ，通常被连接到电路共同接地 2 引脚：(触发点) -这个脚位是触发 NE555 使其启动它的时间周期。触发信号 上缘电压须大于 2/3 VCC，下缘须低于 1/3 VCC 。 3 引脚：(输出) -当时间周期开始 555 的输出输出脚位，移至比电源电压少课程设计说明书 第 6 页1.7 伏的高电位。周期的结束输出回到 O 伏左

12、右的低电位。于高电位时的最大输出电流大约 200 mA 。 4 引脚：(重置) -一个低逻辑电位送至这个脚位时会重置定时器和使输出回到一个低电位。它通常被接到正电源或忽略不用。 5 引脚：(控制) -这个接脚准许由外部电压改变触发和闸限电压。当计时器经营在稳定或振荡的运作方式下,这输入能用来改变或调整输出频率。 6 引脚：(重置锁定) - Pin 6 重置锁定并使输出呈低态。当这个接脚的电压从1/3 VCC 电压以下移至 2/3 VCC 以上时启动这个动作。 7 引脚：(放电) -这个接脚和主要的输出接脚有相同的电流输出能力，当输出为 ON 时为 LOW，对地为低阻抗，当输出为 OFF 时为

13、HIGH，对地为高阻抗。 8 引脚：(V +) -这是 555 个计时器 IC 的正电源电压端。供应电压的范围是+4.5伏特(最小值)至+16 伏特(最大值)。3.2.4 多谐振荡电路工作原理接通电源后，VCC 经 R1 R2 给电容 C 充电。由于电容上电压不能突变，电源刚接通时 C 下降，当 C 上升到大于 Vcc3 时，RD=1，SD=1，基本 RS 触发器状况不变，即输出端 Q 仍为高电平，当 VC 上升到略大于 2VCC3 时，Rn=0，SD=1，基本 RS 触发器置 0，输出端 Q 为低电平。这时 Q=1，使内部放电管饱合导通。于是电容 C 经 R2 和内部放电管放电，c 按指数规

14、律减小。由 N555 构成的多谐振荡电路当 C 下降略小于 Vcc3 时，内部比较器 A1 输出高电平，A2 输出低电平，基本RS 触发器置 1，输出高电平。这时，Q=0，内部放电管截止。于是 C 结束放电并重新开课程设计说明书 第 7 页始充电。如此循环不止，输出端就得到一系列矩形脉冲3.2.5 N555 的应用（ 1） 构 成 施 密 特 触 发 器 ， 用 于 TTL 系 统 的 接 口 ， 整 形 电 路 或 脉 冲 鉴 幅 等 ；（ 2） 构 成 多 谐 振 荡 器 ， 组 成 信 号 产 生 电 路 ；（ 3） 构 成 单 稳 态 触 发 器 ， 用 于 定 时 延 时 整 形 及

15、 一 些 定 时 开 关 中 。555 应 用 电 路 采 用 这 3 种 方 式 中 的 1 种 或 多 种 组 合 起 来 可 以 组 成 各 种 实 用 的 电子 电 路 ， 如 定 时 器 、 分 频 器 、 脉 冲 信 号 发 生 器 、 元 件 参 数 和 电 路 检 测 电 路 、 玩 具 游戏 机 电 路 、 音 响 告 警 电 路 、 电 源 交 换 电 路 、 频 率 变 换 电 路 、 自 动 控 制 电 路 等 。3.3 CD4017 计数器CD4017 是 具 有 10 个 译 码 输 出 端 ， CP， CR， INH 输 入 端 。 时 钟 输 入 端 的 斯密

16、特 触 发 器 具 有 脉 冲 整 形 功 能 ， 对 输 入 时 钟 脉 冲 上 升 和 下 降 时 间 无 限 制 。 INH 为低 电 平 时 ， 计 数 器 在 时 钟 上 升 沿 计 数 ； 反 之 ， 计 数 功 能 无 效 。 CR 为 高 电 平 时 ，计 数 器 清 零 。 提 供 了 快 速 操 作 ， 2 输 入 译 码 选 通 和 无 毛 刺 译 码 输 出 。 防 锁 选 通 ， 保证 了 正 确 的 计 数 顺 序 。 译 码 输 出 一 般 为 低 电 平 ， 只 有 在 对 应 时 钟 周 期 内 保 持 高 电 平 。在 每 10 个 时 钟 输 入 周 期

17、CO 信 号 完 成 一 次 进 位 ， 并 用 作 多 级 计 数 链 的 下 级 脉 动 时 钟 。3.3.1 CD4017 的 引 脚课程设计说明书 第 8 页CD4017 的引脚图CD4017 的引脚可分为：频率输入脚、数据输出脚、控制脚、进位脚 14 引脚 CP:为频率输入引脚。 3，2，4，7，10，1，5，6，9，11 引脚(Q0Q9)：为解码后的时进制输出脚，被计数到的值，其输出为高电平，其余为低电平电位。 12 引脚 CO:当有两个以上片子级联的时候，当 4017 计数 10 个脉冲之后，在 CO 脚就会输出一个脉冲波，送向高位表示进位 15 引脚 CR:是清零复位脚，当向该

18、脚输入个高电平脉冲的时候，4017 就会自动的清零复位使 Q0 为“1” ，而 Q1Q9 都为“0” 。 13 引脚 INH: 时序允许脚，当此脚为低电位，CLOCK 输入脉波在正缘时，会使CD4017 计数，并改变 Q1-Q9 的输出状态。课程设计说明书 第 9 页CD4017 的真值表3.3.2 CD4017 的功能特性开门时，应先闭合开关 S1，接通电源，此时报警延时电路得电，开始延时计时。与此同时 IC1 也得电复位，按动开关 S2，每按动一次相当于给 IC1 输入一个计数脉冲，其输出端 Q0Q9 就会依次出现高电平，在按动开关 S2 三次时，Q3 输出端为高电平，于是，IC2 得电且

19、复位清零，IC2 的 Q0 输出端为高电平。再按动 S2 两次时，IC2 的Q2 端为高电平，该高电平使 VT1 导通，继电器 K1 得电工作，其触点 K1-1 闭合，电控锁得电打开。此时，关断 S1 切断电源完成一次开锁过程。延时报警电路的工作过程：当 S1 闭合式，延时报警电路开始工作，此时，电源通过 R1、 RP1 向 C1 充电，当充电电压达到了 VD3 的击穿电压时，VD3 就会导通并触发晶闸管 VS1 导通，又 N555 和扬声器构成的报警语音电路开始工作发出警报声音，同时，继电器 k2 也得电工作，其常闭触点 K2-1 断开，切断密码控制的电路 IC1、IC2 的电源，将导致无法

20、开锁。课程设计说明书 第 10 页CD4017B 的逻辑结构图课程设计说明书 第 11 页总 结经过近多日的努力，终于将本次课程设计做完了，但由于水平有限，文中肯定有很多不恰当的地方，请老师指出其中的错误和不当之处，使我能做出改正，我会虚心接受。在本次课程设计过程中，我增强了自己的实践能力和分析能力。通过跟老师和同学的交流，也通过自己的努力，我按时完成了这次课程设计。在此过程中，我学会了很多，也看到了很多自己的不足之处。在以后的学习生活中，我会努力学习专业知识，完善自我，为将来的发展做好充分的准备。总之，在这次课程设计中，我受益匪浅，学到了很多书本上所没有的东西，懂得了理论和实际联系的重要性。

21、在以后的学习中，我不仅要把理论知识掌握牢固，更要提高自己的动手能力和分析能力。课程设计说明书 第 12 页致 谢通过一周的努力，终于将我课程设计完成了，在完成课程设计的这一周中，李如昌老师给予了我很大的帮助。他不仅是指导我完成了设计，还教会了我做设计的一般步骤、设计思想和设计方法。当我对此课程设计无从下手的时候，李老师专心地为我讲解，为我解决了很多实际存在的困难和问题。他年岁已告却不辞辛劳的上六楼为我们解疑答惑，讲解原理，使我对此次的课程设计能圆满完成增添了很多信心，真正的从心理和解决实际问题上为我树立了很好的榜样，我为能有这样的好老师而感觉到骄傲，每每对课程设计的撰写产生疑问时，他为我提纲挈

22、领、梳理脉络，使我确立了本文的框架。在此我衷心的感谢一直不辞辛劳为我指明方向的李如昌老师，也要感谢教会我知识的学校为我提供实践的场所和实践器材。通过这次的课程设计，不仅使我学到了很多专业方面的知识，也让我明白了不畏困难、勇于攀登艰难的重要性，这对我未来的学习和生活产生很大的影响。在此，再次感谢我的学校和李如昌老师，还有我的专业课乐丽琴老师！课程设计说明书 第 13页参考文献1 数字电子技术基础 简明教程（第三版） 清华大学电子学教研组编 余孟尝 高等教育出版社 北京2 模拟电子技术基础 简明教程（第三版） 清华大学电子学教研组编 杨素行 高等教育出版社 北京3 电子技术基础 数字部分（第四版）华中理工大学电子学教研室编 康华光 高等教育出版社 北京4 电子技术基础 模拟部分（第四版）华中理工大学电子学教研室编 康华光 高等教育出版社 北京5 数字集成电路应用 300 例 黄继昌 人民邮电出版社6 实用电路小丛书 光电电路 赵宏图 电子工业出版社7 新编电子元器件选用与检测 郑凤翼 福建科学技术出版社8 电子技术基础实验及课程设计M. 安兵菊等 北京：机械工业出版社，2007.9 电子线路设计与应用M.北京：臧春华等 高等教育出版社，2006.10 数字电路逻辑设计M. 朱正伟，何宝祥，刘训非. 北京：清华大学出版社